基于PSIM單相半波可控整流電路的仿真研究

高芳芳

摘 要：鑒于電力電子課程授課內容主要以波形理論分析為主，內容枯燥，不易入門的特點，本文以單相半波可控整流電路為例，在PSIM環境下仿真其工作原理，通過PSIM建立電阻性負載單相半波可控整流電路仿真模型，對觸發脈沖參數設置和輸出波形進行分析和研究，發現其模擬仿真結果和理論結果相同，使學生能夠對比較難以理解的抽象內容有一個直觀的感性認識。

關鍵詞：PSIM；單相半波；整流電路

電力電子技術是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術，該課程橫跨電力、電子、控制三大電氣工程技術之間的交叉科學，不但具有較強的基礎性，還具有很強的實踐應用性。長期以來，通過與同行以及學生的交流溝通，總結出了在該課程教學中存在以下問題：學生對該技術興趣濃厚，但目前教師授課內容主要以波形理論分析為主，內容枯燥，不易入門。根據教學理念和學生的認知規律，可以依托仿真軟件來結合理論教學，降低教學成本，提高教學效率，為教育教學提供良好的發展模式。

PSIM 是專門為電力電子和電動機控制設計的一款仿真軟件[1]。它可以快速的仿真和便利地與用戶接觸，為電力電子，分析和數字控制和電動機驅動系統研究提供了強大的仿真環境。本文重點介紹在 PSIM 軟件環境下對單相半波可控整流電路進行建模仿真，使學生能夠對比較難以理解的抽象內容有一個直觀的感性認識，同時，也對工程實踐的實際應用具有預測和指導作用。

一、單相半波可控整流電路

在工業生產中，很多負載呈現電阻特性，如電阻加熱器，電解、電鍍裝置等。帶電阻性負載單相半波可控整流電路如圖1所示，在晶閘管VT處于斷態時，電路中無電流，負載電阻兩端電壓為零，u2全部施加于VT兩端。如在u2正半周VT承受正向陽極電壓期間給VT門極加觸發脈沖，則VT開通。忽略晶閘管通態電壓，則直流輸出電壓瞬態值與u2相等[2]。

二、單相半波可控整流電路仿真

PSIM是趨向于電力電子領域以及電機控制領域的仿真應用包軟件。PSIM具有仿真高速、用戶界面友好、波形解析等功能，為電力電子電路的解析、控制系統設計、電機驅動研究等有效提供強有力的仿真環境[3]。

PSIM仿真解析系統，不只是回路仿真單體，還可以和其他公司的仿真器連接，為用戶提供高開發效率的仿真環境。例如，在電機驅動開發領域，控制部分用MATLAB/Simulink實現，主回路部分以及其周邊回路用PSIM實現，電機部分用電磁界解析軟件JMAG實現，由此進行連成解析，實現更高精度的全面仿真系統。

PSIM 仿真軟件由 PSIM 電路程序、仿真器、SIMVIEW 波形形成過程項目組成，易于安裝、容易掌握，適合于學生使用[4]。目前，PSIM 軟件在電力電子領域應用的相關文獻較少，本文的研究對 PSIM 的推廣應用具有一定的參考價值[5]。

在PSIM環境下，建立電阻性負載單相半波可控整流電路的仿真模型如圖2所示。

模型的參數設置：仿真時間為0.1s，三相交流電源峰值相電壓為220v，頻率為50hz，電阻性負載R阻值為，門極觸發脈沖的參數頻率為設置為50hz，與電源頻率相等。當觸發角分別為、、時，電路中電源電源、負載電壓及電流波形如圖3所示，分析各輸出量平均值如圖4所示。

分析輸出波形圖可知，仿真結果與理論結果完全一致，且在仿真軟件中極易得出各觸發角下變量的平均值，隨著觸發角增大，輸出電壓及電流的平均值減小。

三、總結

正確設置仿真電路的參數可得出正確的波形，且與理論波形完全一致，同時也能直觀地觀察到不同參數設置對輸出波形的影響，具有直觀易懂、圖形顯示良好和改變參數容易等優點，使學生對電路有更為感性的認識，有助于激發學生的學習興趣和積極性，也為學生自主學習電力電子技術提供了一個很好的平臺。

參考文獻

[1]金楠，楊存祥.PSIM軟件在電力電子技術課程教學中的應用研究[J].中國電力教育，2013（27）：111-112.

[2] 王兆安，劉進軍.電力電子技術[M]，2017年3月第5版.

[3] 羅如山，陳政石. 基于 PSIM 的“電力電子技術”仿真教學研究[J].中國電力教育，2012（27）：85 - 86.

[4] 王耀，吳艷萍. 基于 PSIM 仿真的電力電子課程設計[J].實驗技術與管理，2013，12（30）.

[5] 孫成正. 基于 PSIM 三相全控橋式整流電路的仿真研究 [J].安陽工學院學報，2014，32（3）.

基金項目：2016年校級教改項目：基于PSIM軟件的電力電子技術項目式教學研究與實踐，項目編號：2016xh44。

（作者單位：山東協和學院機電工程學院）